## OPTIMASI DESAIN MOLD UNTUK MEREDUKSI CACAT FLASH DAN SHRINKAGE PADA PRODUK PAKU KOTAK DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE SIMULASI MOLDFLOW
(STUDI KASUS PADA PT. PRIMA SAKTI)
Erfina Ayu W. 1 , Hari Arbiantara 2 , Dedi Dwilaksana 2
1 Alumni Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Jl. Kalimantan 37 Jember 68121
Email: hariarbi@yahoo.com

## ABSTRACT
Use  of  plastic  is  rapidly  increasing,  but  in  injection  molding  products  common  product  defects,  such cracks, shrinkage, unperfect shape, overtopping plastic material, dimensions of product outside specified tolerance  and    forth  are  caused  by  several  factors.  The  most  important  factors  are  mold  design.  PT. Prima  Sakti  is  injection  molding  company  that  produced  products  rectangle  nail  that  has    defects, especially flash and shrinkage, which would harm company. In this study, the authors make analysis to reduce  defects  in  trectangle  nail  by  polypropylene  using  moldflow  simulation  software,  by  varying placement  of    gate  and  diameter  of    cooling  in  mold.  The  aims  are  obtaining  parameter  settings  of cylinder  temperature,  injection  pressure,  eficient  and  optimum  cooling  for  rectangle  nail,  and  also obtaining mold that produce  smallest percentage of defect. The test is conducted by varying temperature cylinder  230 ˚ C,  240 ˚ C,  241,1 ˚ C,  and  250 ˚ C,  and  varying  injection  pressure  of  60  MPa,  69.134  MPa, 98.56 MPa and 128 MPa, which aims to determine ratio of shrinkage and fill time. Result that obtained in this study that for rectangle nail product, the best output obtained in design 2 simulation with cylinder temperature 230˚C, injection pressure 60 Mpa and 98,56 Mpa, that obtain shrinkage ratio 15,68% with fill time 0,38 second.
Keywords: polypropylene, injection molding, flash, shrinkage, fill time, cylinder temperature, injection pressure

## PENDAHULUAN
Penggunaan  material  plastik  yang  semakin  pesat, berdampak  pada  berkembangnya  industri injection molding yang  tentunya  menuntut  usaha  untuk mengurangi  waktu  dan  biaya  produksi.  Industri  yang menggunakan  bahan  plastik  sangat  erat  hubungannya dengan  perkembangan  teknologi  khususnya  pada mesin-mesin  yang  digunakan  untuk  memproses  bahan plastik  tersebut.  Proses  yang  umum  digunakan  dalam memproduksi  produk  berbahan  baku  plastik  adalah blow molding , injection molding , dan extrusi.
Plastik  adalah  suatu  polimer  yang  mempunyai sifat-sifat  unik  dan  luar  biasa.  Polimer  adalah  suatu bahan  yang  terdiri  dari  unit  molekul  yang  disebut monomer. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer,  dan  jika  monomernya  berbeda  akan menghasilkan kopolimer. [1].
Pada  dasarnya  plastik  secara  umum  digolongkan ke  dalam  3  (tiga)  macam,  yakni thermoplastik, thermoseting, dan karet/ elastomer [2]. Bahan thermoplastik mempunyai  titik  leleh  sendiri-sendiri karena  setiap  bahan  plastik  mempunyai  karakteristik yang berbeda-beda [3].
Pada  penelitian  mengenai  minimalisasi  cacat dengan  pengaturan  tekanan  terhadap  kualitas  produk
injection  molding dengan,  mensimulasikan  proses injection  molding pada  produk chasing  handphone yang  menggunakan  material  ABS  pada  temperatur 300˚C  menghasilkan  hasil  produk  yang  lebih  baik dibandingkan dengan temperatur 265˚C. [4].
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui pengaruh  penempatan gate dan  diameter  pendingin pada mold terhadap  rasio shrinkage dan fill  time dengan memvariasikan cylinder temperature 230˚C, 240˚C,  241,1˚C  ,  dan  250˚C,  dan  variasi injection pressure 60  Mpa,  69,134  Mpa,  98,56  Mpa,dan  128 Mpa, dengan mengujinya pada 2 desain mold , yaitu desain  1  dan  desain  2,  guna  menghasilkan mold dengan  rasio  cacat  terkecil.  Terutama  cacat shrinkage  yang  terjadi  pada  produk  paku  kotak. Shrinkage merupakan  cekungan  atau  lengkungan yang  terjadi  pada  permukaan  luar  pada  komponen yang dibentuk [5].
Gambar 1. Produk paku kotak yang diproduksi PT. Prima Sakti

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  yang  dilakukan  adalah  mendesain  2 macam mold yang  akan  disimulasikan  menggunakan moldflow dengan  perbedaan  di  penempatan gate dan diameter  pendingin,  dimana  desain  1  memiliki penempatan gate disisi  samping  atas  produk  dengan diameter  saluran  pendingin  8  mm,  dan  jarak  saluran pendingin  dengan parting  line 23  mm.  Pada  desain  2, penempatan gate disisi  samping  kanan  produk  dengan diameter  saluran  pendingin  10  mm,  dan  jarak  saluran pendingin dengan parting line 18 mm. Desain 1 adalah desain mold yang  digunakan  PT.  Prima  Sakti  untuk memproduksi  produk  paku  kotak,  sedangkan  desain  2 adalah  desain mold yang  dirancang  penulis  sendiri unttuk  mendapatkan  hasil  produksi  yang  lebih  baik dengan  persentase  cacat  yang  kecil.  Perbedaan penempatan  gate  pada  desain  2  ditunjukkan  pada Gambar 2.
Gambar 2. Penempatan gate pada desain 2
Proses pendesainan mold melalui proses perhitungan  manual  terlebih  dahulu  untuk  menentukan jumlah cavity, bentuk runner,  sprue, dan gate yang sesuai  untuk  produk  paku  kotak,  dengan  berdasar  pada perhitungan  yang  telah  dilakukan  oeh  peneliti sebelumnya  [6].  Kemudian,  desain  diuji  dengan software moldflow untuk  mengetahui  hasil  rasio shrinkage dan fill  time .  Pengujian  dilakukan  dengan memvariasikan cylinder  temperature 230˚C,  240˚C,
241,1˚C  ,  dan  250˚C,  dan  variasi injection  pressure 60  Mpa,  69,134  Mpa,  98,56  Mpa,  dan  128  Mpa. Pemilihan  nilai  variasi cylinder  temperature dan injection pressure , berdasar pada 4 parameter, yaitu PS  12,  Manual, Advice ,  dan  Manual.  PS  12  adalah parameter yang digunakan PT. Prima Sakti pada saat memproduksi  produk  paku  kotak.  Manual  adalah parameter yang dihasilkan dari perhitungan manual. Advice adalah  parameter  yang  disarankan  oleh software  moldflow .  Variasi  adalah  parameter  yang dipilih  dengan  mengacu  pada  hasil  simulasi  yang dilakukan  denganparameter  PS  12,  manual,  dan advice . Untuk advice , desain mold dianalisis dengan menggunakan fungsi molding w indow analysis pada software moldflow, untuk  mengetahui cylinder temperature dan injection pressure yang terbaik dari setiap desain mold . Proses molding window analysis pada desain 1 dan desain 2 ditunjukkan pada gambar 3 dan gambar 4.
Gambar 3. Molding window analysis pada desain 1
Gambar 4. Molding window analysis pada desain 2

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah  didapat cylinder  temperature dan injection  pressure ,  desain mold siap  dianalisis simulasi yang hasilnya akan ditampilkan dalam tabel yang ditunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1. Tabel hasil pengujian desain 1 Cylinder Temperature (˚C) Injection Pressure (Mpa ) Fill time (s) Shrink ratio (%) 250 60 0,51 16,82 69,14 0,51 16,82 98,56 0,51 16,82 128 0,51 16,82 240 60 0,51 16,44 69,14 0,51 16,44 98,56 0,51 16,33 128 0,51 16,44 241,1 60 0,51 16,48 69,14 0,51 16,48 98,56 0,51 16,44 128 0,51 16,44
230 60 0,51 15,87 69,14 0,51 15,92 98,56 0,51 15,87 128 0,51 15,92 Tabel 2. Tabel hasil pengujian desain 2 Cylinder Temperature (˚C) Injection Pressure (Mpa ) Fill time (s) Shrink ratio (%) 250 60 0,39 16,56 69,14 0,39 16,56 98,56 0,39 16,56 128 0,39 16,56
240 60 0,38 16,08 69,14 0,38 16,08 98,56 0,38 16,08 128 0,38 16,09 241,1 60 0,39 16,14 69,14 0,39 16,14 98,56 0,39 16,14 128 0,39 16,2 230 60 0,5 15,68 69,14 0,5 15,76 98,56 0,5 15,68 128 0,5 15,76

## Hasil Analisis Shrink Ratio
Dari  hasil  simulasi,  pada  desain  1,  produk dengan  nilai  rasio shrinkage terendah  yaitu  15,87% dihasilkan  dengan  parameter cylinder  temperature 230˚C  dengan  tekanan  injeksi  sebesar  60  Mpa  dan 98,56  Mpa.  Sedangkan  pada  desain  2,  produk dengan  nilai  rasio shrinkage terendah  yaitu  15,68% dihasilkan  dengan  parameter cylinder  temperature
230˚C  dengan  tekanan  injeksi  sebesar  60  Mpa  dan 98,56 Mpa.
Gambar 5. Analisis shrink ratio pada desain 1
Gambar 6. Analisis shrink ratio pada desain 2
Mengacu  pada  hal  tersebut  maka  dapat disimpulkan bahwa cylinder temperature berpengaruh terhadap cacat shrinkage yang dihasilkan  pada  produk. Cylinder  temperature yang tinggi  akan  menghasilkan  rasio shrinkage yang besar, sebaliknya, cylinder temperature yang rendah akan  menghasilkan  rasio shrinkage yang  kecil.  Hal ini  dikarenakan,  material  plastik  yang  dilelehkan dengan  temperatur  tinggi  mempunyai  kerapatan antar molekul dan massa yang lebih rendah daripada material yang dilelehkan dengan temperatur rendah, sehingga ketika membeku, material dengan temperatur tinggi memiliki tingkat penyusutan lebih besar  daripada  material  dengan  temperatur  lebih rendah.  Selain  itu  perbedaan  letak  dan  diameter saluran  pendingin,  juga  berpengaruh  terhadap  laju pembekuan  dari  material  plastik  leleh.  Semakin dekat  jarak  antara  lubang  saluran  pendingin  dengan cavity, akan  mengoptimalkan  distribusi  suhu  pada cavity , sehingga laju pembekuan berlangsung secara merata dan meminimalkan timbulnya cacat shrinkage.
Gambar 7. Grafik shrink ratio

## Hasil Analisis Fill Time
Dari  hasil  simulasi  diketahui  bahwa  desain  2 menghasilkan  produk  dengan fill  time yang  rendah, berkisar antara 0,38 detik. Sedangkan dari hasil analisis pada  simulasi  desain  1,  menghasilkan  produk  dengan rata-rata fill  time sebesar  0,52  detik.  Sehingga  dapat disimpulkan bahwa desain 2 lebih baik daripada desain 1,  karena  memiliki  keunggulan  untuk  meminimalkan fill time dari proses produksi paku kotak.
Gambar 8. Analisis Fill time pada desain 1
Gambar 9. Analisis Fill time pada desain 2
Proses  pengisian  ke  seluruh  rongga mold terjadi secara  bertahap  yang  ditunjukan  dengan  perbedaan warna.  Distribusi  material  plastik  leleh  terjadi  secara merata  disetiap  sisi,  hal  ini  ditunjukan  dengan  tidak adanya  indikasi overpacking dari  hasil  simulasi.  Hasil simulasi  pada  desain  1  dan  desain  2  menunjukan pengisian  rongga  cavity  berlangsung  secara  bertahap yang  dapat  dilihat  pada  perbedaan  warna  pada  rongga cavity. Pendistribusian material pada desain 2 juga tidak
mengindikasikan  adanya  overpacking,  yaitu  bagian yang  sudah  terisi  dan  terkompresi  lebih  sementara ada bagian lain yang masih mengalir.
Gambar 10. Grafik fill time
Dari hasil simulasi pada desain 1, menunjukan fill  time tercepat  0,5137  detik,  sedangkan  pada desain 2 menunjukan fill time tercepat 0,3873 detik. Perbedaan  waktu  yang  terjadi  menunjukan  bahwa pada  desain  1,  penentuan  lokasi gating  system kurang  tepat  sehingga  menyebabkan fill  time yang lebih  lama  dibandingkan  pada  desain  2.  Hal  ini tentunya  berpengaruh  terhadap cycle  time yang tentunya  akan  menyebabkan  efisiensi  waktu  yang dibutuhkan  untuk  proses  produksi  menjadi  kurang atau lebih lama. Sehingga dapat disimpulkan bahwa desain  2  lebih  baik  daripada  desain  1,  karena memiliki  keunggulan  untuk  meminimalkan fill  time dari proses produksi paku kotak. Hal ini dikarenakan letak gate pada desain 2 lebih efisien daripada letak gate pada  desain  1,  sehingga  pendistribusian material  lebih  cepat  dan  merata  keseluruh  rongga cavity .
Hasil Analisis Flash
Hasil  produksi  paku  kotak  di  PT.  Prima  Sakti mempunyai  cacat flash yang  tampak  jelas  hampir disetiap produk, namun pada saat dilakukan simulasi dengan  mengacu  pada  parameter  yang  digunakan selama  proses  produksi,  terdapat  perbedaan  yang jelas. Hasil simulasi mengindikasikan tidak terjadinya   cacat flash ,  hal  ini  dikarenakan  software M old flow  juga  menganalisis  clamping  force  yang paling  optimal,  namun  berat  total  produk  antara hasil  produksi  dan  hasil  simulasi  berbeda  jelas. Perbedaan  antara  produk  hasil  simulasi  dan  hasil produksi ditampilkan pada Tabel 3.
Tabel 3. Perbedaan antara produk hasil simulasi dan hasil produksi Hasil Produksi Simulasi Berat total (g) 36 33.89 Rasio shrinkage (%) 4,3 16.86 Clamp Force (ton) 1 3,8 Flash (g) 12,8 0
Desain  produk  yang  memiliki  ketebalan  ekstrem pada sisi dalam mengindikasi terjadinya cacat shrinkage pada  area  yang  memiliki  ketebalan  ekstrem  tersebut. Hal ini dikarenakan pembekuan material cair yang tidak seragam.  Pada  hasil  simulasi clamping  force optimum 3,8  ton  namun  menghasilkan  rasio shrinkage sebesar 16,86%,  namun  tidak  menghasilkan  cacat flash .  Pada hasil produksi clamping force yang digunakan sebesar 1 ton,  namun  memiliki  rasio shrinkage yang  lebih  kecil yaitu 4,3%, dengan berat cacat flash sebesar 12,8 gram. Dengan  demikian,  produk  paku  kotak  dengan  desain perbedaan  ketebalan  yang  ekstrem  memang  berpotensi menghasilkan  produk  dengan  rasio shrinkage yang tinggi.  Hal  ini  bisa  diatasi  dengan  mendesain  ulang produk  agar  tidak  memiliki  perbedaan  ketebalan  yang ekstrem.  Namun  pada  hal  ini,  PT.  Prima  Sakti  selaku produsen,  mengatasinya dengan  memperkecil clamping force .  Tujuannya  agar  sisi  produk  dengan  ketebalan yang ekstrem dapat mengurangi rasio shrinkage dengan mengambil  asupan  material  cair  yang  sengaja  dibuat flash tersebut.

## KESIMPULAN
Dari hasil simulasi, pada desain 1, produk dengan nilai  rasio shrinkage terendah  yaitu  15,87%  dihasilkan dengan  parameter cylinder  temperature 230˚C  dengan tekanan  injeksi  sebesar  60  Mpa  dan  98,56  Mpa. Sedangkan  pada  desain  2,  produk  dengan  nilai  rasio shrinkage terendah  yaitu  15,68%  dihasilkan  dengan parameter cylinder  temperature 230˚C  dengan  tekanan injeksi sebesar 60 Mpa dan 98,56 Mpa. Untuk fill time, desain  2  menghasilkan  produk  dengan fill  time yang rendah, berkisar antara 0,38 detik. Sedangkan dari hasil analisis  pada  simulasi  desain  1,  menghasilkan  produk dengan  rata-rata fill  time sebesar  0,52  detik.  Sehingga dapat  disimpulkan  bahwa  desain  2  lebih  baik  daripada desain 1, karena memiliki keunggulan untuk meminimalkan fill  time dari  proses  produksi  paku kotak.

## SARAN
Saran  yang  dapat  penulis  sampaikan  pada penelitian  selanjutnya  agar  dalam  mendesain cetakan  produk  plastik,  sebaiknya  dilakukan simulasi terlebih dahulu, dengan tujuan meminimalisir  timbulnya  cacat.  Sehingga  proses produksi  lebih  optimal  dan  tidak  memakan  waktu yang lebih lama.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Mujiarto,  I.  2005. Sifat  dan  Karakteristik Material Plastik dan Bahan Aditif. Traksi Vol. 3 No. 2. Semarang: AMNI.
[2]  Stevens,  Malcolm  P.  2001. Kimia  Polimer . Jakarta : Pradnya Paramita.
[3]  Hermawan,  Yuni  dan  Astika,  Made.  2009. Optimasi  Waktu  Siklus  Pembuatan  Kemasan Produk  Chamomile  120  Ml  pada  Proses  Blow molding .  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin  Cakram Vol.  3  No.  1.  Teknik  Mesin.  Universitas Udayana.
[4]  Sugondo,  A.  2007. Minimalisasi  Cacat  dengan Pengaturan  Tekanan  Terhadap  Kualitas  Produk pada Proses Injection molding dengan Menggunakan  Simulasi. TEKNO  SIM  2007. Yogyakarta: UGM.
[5]  Anggono,  Dwi  A.  2005. Prediksi  Shringkage untuk  Menghindari  Cacat  Produk  pada  Plastic Injection. MEDIA  MESIN  Vol.  6  No.  2.
Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta.
[6]  Alexrh2010's  Blog ,  2011.  DASAR  KALKULASI DESIGN  PRODUK  PLASTIK  DAN  MOLDING. http://alexrh2010.wordpress.com/2011/04/24/1- dasar-kalkulasi-design-produk-plastik-dan- molding-bagian-1/ [15 September 2014]